ATLAS-L4 (Automatisierter Transport zwischen Logistikzentren auf Schnellstraßen im Level 4)

Abstract

Lkw übernehmen weltweit den Großteil des Gütertransports, in Europa rund 70 Prozent. Die Transport- und Logistikbranche wie auch die Nutzfahrzeughersteller stehen jedoch vor großen Herausforderungen wie Verlängerung der Betriebszeiten von Lkw, Fahrerproduktivität, Fahrermangel, Digitalisierung, Sicherheit, Elektroantriebe und Umweltfreundlichkeit. Autonome Lkw sind die Antwort auf viele großen Herausforderungen, denen sich die moderne Lkw-Branche stellen muss. Das Forschungsprojekt ATLAS-L4 untersucht den automatisierten Transport zwischen Logistikzentren auf Schnellstraßen im Level 4. Ziel ist es, den autonomen Warentransport auf der Straße zu ermöglichen und somit die Logistik 4.0 voranzutreiben. Dafür werden Sensorik, Perzeption, Planung und Regelung weiterentwickelt, um autonomes Fahren auch bei hohen Geschwindigkeiten, im Mischverkehr und geringen Merkmalstiefen zu ermöglichen. Zentrale Bestandteile sind die Überarbeitung aller Funktionsmodule im Automatisierungs-Stack, eine fehlertolerante Fahrzeugarchitektur, ein Control Center für die technische Aufsicht sowie neue Validierungsmethoden. Durch das Gesetz zum autonomen Fahren (2021) existieren bereits rechtliche Rahmenbedingungen für den Betrieb autonomer Fahrzeuge für den Straßenverkehr unter definierten Rahmenbedingungen. Dennoch bleiben technische Herausforderungen wie technische Fahrzeugüberwachung, definierte Systemdegradation und ein umsetzbarer Sicherheitsnachweis. ATLAS-L4 adressiert diese Punkte wissenschaftlich und experimentell, um den Weg für autonome Lkw im regulären Straßenverkehr zu ebnen. Mitarbeitende des Instituts für Regelungstechnik der TU Braunschweig haben im Projekt ATLAS-L4 Aufgaben mit unterschiedlichen Schwerpunkten bearbeitet. Es wurden Erfahrungen zur Erstellung einer Sicherheitsargumentation für automatisierte Straßenfahrzeuge gemäß SAE Level 4 eingebracht und im Rahmen des Use Cases eine für die Freigabe des Demonstrationsfahrzeugs geeignete Argumentation erarbeitet. Es wurden funktionale Systemanforderungen erhoben und analysiert, die sich aus der Betriebsumgebung des automatisierten Fahrzeugs ergeben haben und auf dieser Basis ein Sicherheitskonzept erstellt. Weiterhin wurde ein ganzheitliches Konzept zur Selbstwahrnehmung und eine Beschreibung der Fahrfunktion erarbeitet. Zusätzlich wurde am Testkonzept für das Demonstrationsfahrzeug mitgearbeitet und es wurden Konzepte für die Sicherheitsvalidierung zukünftiger SAE Level 4 Serienprojekte geliefert. Für die Erstellung einer Systemarchitektur wurden Erfahrungen im Systems Engineering eingebracht und Fähigkeiten als Konzept zur Selbstüberwachung in der Architektur integriert. Erarbeitete Konzepte zur fähigkeitsbasierten Selbstwahrnehmung wurden technisch umgesetzt. Das Institut für Regelungstechnik beabsichtigt die Ergebnisse in der Lehre, in der Wissenschaft und in weiteren Projekten zu nutzen. Damit stellte das Projekt ATLAS-L4 für das Institut für Regelungstechnik eine wichtige Verknüpfung von Forschung und Lehre dar und fördert das humboldtsche Bildungsideal an der TU Braunschweig. Trucks handle the majority of goods transport worldwide, around 70 percent in Europe. However, the transport and logistics industry, as well as commercial vehicle manufacturers, face major challenges such as extending truck operating times, driver productivity, driver shortages, digitalization, safety, electric drives, and environmental friendliness. Autonomous trucks might be the answer to many of the major challenges facing the modern transport and logistics industry. The ATLAS-L4 research project is investigating level-4 automated transport between logistics centers on highways. The aim is to enable autonomous goods transport on the road and thus advance Logistics 4.0. To this end, sensor technology, perception, planning, and control are being further developed to enable autonomous driving even at high speeds, in mixed traffic, and with low feature density. Key components include the systematic refinement of all function modules in the automation stack, a fault-tolerant vehicle architecture, a control center for technical supervision, and innovative validation methods. The Autonomous Driving Act (2021) already provides a legal framework for the operation of autonomous vehicles for road traffic under defined conditions. Nevertheless, technical challenges remain, such as technical vehicle monitoring, defined system degradation, and a feasible safety assurance framework. ATLAS-L4 systematically investigates these aspects both scientifically and experimentally to pave the way for autonomous trucks in regular road traffic. Employees of the Institute of Control Engineering at TU Braunschweig had various responsibilities within the ATLAS-L4 project. They contributed their experience in developing safety arguments for automated road vehicles in accordance with SAE Level 4 and, as part of the use case, developed arguments suitable for the approval of the demonstration vehicle. Functional system requirements resulting from the operating environment of the automated vehicle were collected and analyzed. They built the basis for the specification of a safety concept. Furthermore, a holistic concept for self-awareness and a description of the driving function were developed. In addition, the employees collaborated on the test concept for the demonstration vehicle and delivered concepts for the safety validation of future SAE-Level-4 series projects. Experience in systems engineering was contributed to the creation of a system architecture, and capabilities were integrated into the architecture as a concept for self-monitoring. Developed concepts for capability-based self-awareness were implemented technically. The Institute of Control Engineering intends to use the results in teaching, research, and other projects. The ATLAS-L4 project thus represented an important link between research and teaching for the Institute of Control Engineering and supports the realization of Humboldt's educational ideal at TU Braunschweig.